08届土壤湿度测试Word文件下载.docx
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1.2湿度采集
湿度的采集可以用湿度传感器来实现。
将湿度传感器看作可调变阻器，当湿度传感器采集到湿度时，电阻值发生变化，湿度最小时的电阻值为4.12M，湿度最大时为20K。
变化的幅度是根据湿度传感器采集到的湿度大小而定。
随着电阻值的变化，电路的输出电压也跟着变化。
调节电阻值的大小，可得到想要的电压，满足电路的需求。
1.3A/D转换介绍
A/D转换器用来将模拟电压信号转换成一组相应二进制数码输出。
由于A/D转换器的输入量是随时间连续变化的模拟信号，而输出是随时间断续变化的离散数字信号，因此在转换过程中，首先要对模拟信号进行采样、保持，再进行量化、编码。
所谓采样，就是在一个微小时间内对模拟信号进行取样，把一个时间上是连续的信号变换为对时间离散的信号。
采样结束后，再将此取样的模拟信号保持一段时间，使A/D转换器有充分时间进行A/D转换。
这就是采样、保持电路的基本作用。
任何一个数字量的大小都是以某个最小数量单位的整数倍来表示的。
因此，在用数字量表示采样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整数倍，这个转化过程就叫做量化。
所规定的最小数量单位叫做量化单位，用
表示。
显然，数字信号最低有效位中的“1”所表示的数量大小，就等于
。
一般被转化的模拟电压不可能被
整除，这种因素引起的误差称为量化误差。
量化误差又称为分辨率。
ADC输出二进制位数越多，则分辨率越高，转换精度也越高。
分辨率常以数字信号最低有效位中的“1”所对应的电压值表示。
例如10位ADC，当满度输入模拟电压为5V，则最低有效位“1”所对应的输入电压为：
，8位ADC为
显然，10位ADC的分辨率比8
位ADC高。
因此，分辨率有时也可用A/D转换器的输出位数
1.4译码显示
（1）译码器
译码器是一种多输入、多输出的组合逻辑器件。
它能将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号，是编码的反操作。
可用于代码的转换、终端的数字显示、数据
的分配等。
本电路选择二进制七段译码器CC4511
（2）数码显示器
半导体数码管是常见的数码显示器件，它是用发光二极管（即LED）组成字形来显示的。
同一规格的数码管有共阴极与共阳极两类。
共阴极数码管的公共阴极接低电平，驱动信号则为高电平有效即驱动信号为“1”时点亮对应笔段。
公共阳极接高电平信号为低电平有效，即驱动信号为“0”时点亮对应笔段。
驱动每个发光二极管的工作电流约10mA，工作压降约1.5V。
我选用的是共阴极数码管。
二．土壤湿度检测电路单元
2.1A/D转换电路
该单元电路将模拟信号转换成数字信号
2.1
（1）ADC0809
ADC0809是采用CMOS工艺制成的8位8通道逐次渐近型A/D转换器。
其引脚排列如图10、3所示。
图10、3ADC0809引脚排列
ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
1．主要特性
1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs
4）单个＋5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度
7）低功耗，约15mW。
2．内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近
3．外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：
8路模拟量输入端。
2-1～2-8：
8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ALE：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START：
A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC：
A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：
基准电压。
Vcc：
电源，单一＋5V。
GND：
地。
ADC0809的工作过程是：
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上
2.2555构成的多谐振荡器
设计原理如下：
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。
多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。
由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。
由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。
这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数T充=（R1＋R2）C。
接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。
电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。
图1（b）所示为工作波形。
图1555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
本单元电路产生640KHZ左右的脉冲信号
图1
2．3译码显示
由BCD4511构成的译码显示电路
CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图2所示。
其中abcd为BCD码输入，a为最低位。
LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。
另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。
a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。
另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；
显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。
所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用1K的限流电阻，
CD4511引脚图
BI：
4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
LT：
3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g：
为译码输出端，输出为高电平1有效。
输
入
出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
1
8
消隐
2
3
4
5
6
7
9
锁
存
锁存
表3-2CD4511的真值表
三．组装与调试
3.1在安装前要做好检查工作，确保元器件质量可靠。
按照原理图组装电路,使元件安装的位置、极性正确、布局合理；
整机清洁无污物，导线不杂乱。
由于电路的要求，所以我采用逐级安装，逐级调试然后联合调试的方法。
在安装调试过程中用到的仪器主要有示波器，万用表。
3.2安装与调试过程记录
首先安装的是以湿度传感器为主的湿度采集电路，电路简单很快就安装完成。
但关键是下一步，要调出合适的电压就比较费时间了。
先测一下没有湿度时，电路输出的电压，然后再测一下有湿度时的电压。
由于实际电路的需要，输出的电压要在0-1.7V,所以我就不停的调电阻的阻值，好在安装的是滑动变阻器，使电阻的调节方便了许多，但也花了好长时间。
在设计电路时已经确定要使用ADC0809的D0-D3口来实现电路，D7口是最高位，因为ADC0809是8位输出，最大电压为5V,所以它能区分出的输入信号最小电压为0.02V。
但经过一番努力之后发现，这样调电压太难了，因此就换了一种方法，先确定一个电压，再通过计算去确定要选择的接口。
这样就节省了好多的时间，结果最终选择的是D1-D4口。
下面安装的是ADC0809和译码显示的电路，这一部分主要是按电路安装，不需要调试什么，所以安装起来比较轻松，但在安装ADC0809时还是要注意的，它引脚比较多，连接时注意不要接错引脚。
还有高电平和低电平的选择。
根据测量上一部分的电压确定我需要的是低电平，所以我选择的引脚是D0-D3口，但最终接的是D1-D4口。
在接数码管前，要先测量以确定是共阳的还是共阴的，公共端是接电源还是接地。
CD4511的连接是最简单的只要按照它的引脚图连接就可以了。
接下来的也是最后电路部分才是最难的，不是说它的电路复杂，而是它的调试太难。
要求由555构成的多谐振荡器提供640KHZ的脉冲。
电路我很准确的连接好啦，但是在用示波器测量时却没有波形的显示，也没有脉冲的输出。
然后我反复的检查了电路的连接，还重连了几遍，最后确定电路没有错。
经过老师的提醒和查找资料，终于知道了关键是在于电容和电阻的选择，为了能够找到合适的电容和电阻，我向我们组里借用了现有的电容和电阻，经过一天的调试终于完成了。
那一刻的心情真是无法言语，很轻松。
在对该电路进行装配以后，剩下的工作就是对该整体电路进行调试，它包括对各项参数的测试，故障的检测，性能的优化、提高，以及对具体操作过程中的问题进行分析与解决。
在电路工作时发现在有湿度时，在数码显示部分不是太稳定，因此还要对电路稍微调整。
开始整体电路在工作时结果不是很好，因此我检查了好几遍电路，发现电路是没问题，那就是电路图的问题了，就这样经过一一排除，最后发现原来是ADC0809上的几个引脚在设计时被我忽略了，在接上那几个引脚后电路终于工作稳定了。
接下来就是对电路参数的测试了。
由于设备比较全，还有在老师的指导下也很快的完成了。
3.3参数测试
幅度为4.96V，周期为1.55us,频率为635.16KHZ.电路通电后没湿度时的电压为0.01V,有湿度时的最大电压为1.76V。
3.4总电路图
心得体会
毕业设计已经做好、实验室里有我们太多，既有我们的喜悦的笑脸，也有我们失望的无奈，既有我们的愁眉苦脸。
领取元件时要慎重选择，充分考虑到其材料、特性、型号、适用范围等方面。
不要等实验时出故障后在到处找原因，既浪费时间又耗费精力。
而且领取材料之前要做好计划，必要元件多准备几份，避免来回领取带来的不便。
有时实验电路并不能一次成功，所以要有良好的心理素质，有克服一切困难的勇气，勇于寻找问题的根源，一次次反复的实验，才能达到目的。
这同时也是一个学习与进步的过程，可以帮助我们自主寻找问题的根源，自主学习寻找解决问题的办法，最终实实在在地学到知识，提高本领，掌握技能。
要做好一个课程设计，最最关键的还是要自己真正的掌握技术与理论知识，加上熟练的操作技术。
所以我们要积极主动地学习，以提高自己的能力。
【参考文献
【1】杨毅德：
《模拟电路》，重庆大学出版社，2004年，第一版
【2】廖先芸：
《电子技术实践与训练》，高等教育出版社，第二版
【3】周良全方向桥：
《数字电子技术基础》，高等教育出版社，2002年，第二版
【4】XX网
【5】李国丽：
电子技术实验指导书，中国科学技术大学出版社，2000
【6】陈大钦：
模拟电子技术基础，武汉理工大学出版社，2002
【7】杨素行：
模拟电子电路，中央广播电视大学出版社，1994
附录：
元件清单
名称
型号
数量
芯片
ADC0809
译码器
CC4511
定时器
555
数码管
电位器
10KΩ
1M
电阻
1KΩ
湿度传感器
电容
0.1uF
0.01uF
轻触开关
总电路图
实物图
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